燃煤鍋爐的節能環保改造與技術管理

    摘 要：對公司的鏈條鍋爐的爐拱結構進行了對流型改造，給煤裝置由閘板式改為分層供煤，以及使用清灰劑和加強時司護工的管理，大大改善了鍋爐的燃燒工況，提高了鍋爐的熱效率，減輕了煙塵污染，取得了很好的經濟效益。 
        三鹿集團股份有限公司擁有工業鍋爐10臺，其中SHL6.5t鍋爐6臺，4t鍋爐3臺，是公司的主要動力設備，也是主要耗能設備和污染源。由于在鍋爐使用中存在的運行煤種偏離設計煤種以及鍋爐自身設計上的缺陷，須增加進風量和進煤量，才能保證生產的正常運轉和鍋爐出力，這造成了鍋爐運行不夠理想，主要表現為煤耗大、出力不足、須人工撥火、熱效率偏低、排煙溫度高以及冒黑煙等。為解決上述問題，決定對鍋爐進行節能環保改造并加強技術管理。 
        一、鍋爐前、后拱的改造 
        爐拱在工業鍋爐中起著引燃和爐內空氣工況的組織作用，通過前、后拱的合理配合，可以改變燃燒上升氣流的方向，并且對爐內燃燒的氣體有強烈的擾動作用，為燃料及時著火和燃盡創造條件。[1]前后拱合理的配合可以增強鍋爐對燃燒煤種的適應性、充分利用鍋爐的受熱面，減少煙塵排放、降低爐渣含碳量，所以在消除鍋爐煙塵和不完全燃燒的改造措施中，優化爐拱的設計尤為關鍵。[2] 不論哪一種鍋爐，均是按照既定使用煤種設計的，一般對煤種有著比較嚴格的要求，公司的工業鍋爐適合于燃用揮發分較高的優質煤。由于在實際生產中供應部門供應的煤種不能保證是優質煤，并且常常是低揮發分煤甚至是劣質煙煤，燃煤的熱值、揮發分的較大差異導致了鍋爐的出力不足和熱效率低、能耗大的現象，因此決定首先對爐拱進行改造。 
        鍋爐原爐拱是傳統的拋物線型前拱，短而高的后拱。在使用劣質煤種的情況下，作為引燃拱的前拱引燃作用不足、強化混合能力不夠，著火明顯推遲，高溫區后移，爐膛溫度低，不利于煤的引燃和燃盡；作為對流拱的后拱強化引燃、輸送高溫煙氣至前拱區的能力較弱，使著火區更加后移，進一步降低了爐膛溫度。為此采用了對流型拱型，將前拱的拋物線型改為上傾段與直段結合的組合拱，保證其熱輻射和引燃作用，并保證前拱引燃著火點位置和煤的順利引燃。對后拱進行加長并適當降低，增加了后拱的傾角，使后拱與水平面成200左右夾角，將原只有上傾段的后拱改成上傾段與水平段組合成的后拱，以保證后拱的間接引燃和強化混合作用，使其促溫和促燃作用充分體現。改造后的前后拱的覆蓋率增大，增加了爐排前區、中區的輻射熱量，增加了可燃氣體的揮發量，后拱的位置下降，加大傾角使鍋爐后部的高溫煙氣向前反射的能力和擾動能力增強，使飛灰的較大顆粒落下重燃燒，減少了飛灰，使燃燒更加充分，降低了煙塵的排放量，提高了熱效率。 
        二、給煤裝置的改造 
        原鍋爐的給煤裝置為閘板式裝置，燃煤經煤閘板擠壓后在爐排上形成的煤層非常密實，大小顆粒分布不均。大粒徑煤塊比較集中的地方容易因竄風形成較大“火口”或“火龍”，其他地方通風相對較少，形成通風困難，導致煤層燃燒不夠均勻，易產生“跑紅火”，造成大的顆粒不能完全燃燒，爐渣的含碳量較高，鍋爐的熱效率較低。 
        消除“火口”、降低大顆粒不完全燃燒率的有效方法是改用分層給煤裝置。根據現在使用的煤種，為確保鍋爐出力，加快爐排進度調整了驅動鏈輪的齒數，加快了傳動速度，保證了煤層厚度的調節范圍。由于我國各地煤礦煤炭的煤種、質量差別較大，改進后的分層給煤裝置（圖1)可以根據煤種、煤質、顆粒度和煤的揮發分高低來調節煤層厚度和爐排的速度，擴大了鍋爐對煤的適應性。

圖1 分層給煤裝置示意圖

        改進后的分層給煤裝置可對燃煤按顆粒度進行分選，使燃煤在爐排上形成下大上小的分層式松散排列，這樣大顆粒在下層，中顆粒在中間，小顆粒和煤粉在表面，使通風阻力大大降低。煤粒之間間隙增加了單位通風面積，使煤層通風均勻，火床平整。煤層表面的煤粉在鼓風機的氣流作用下呈半懸浮狀態燃燒，加大了空氣與煤的接觸面積，大大提高了燃燒速度和火床的熱強度，非常有利于煤的充分燃燒。同時采用分層給煤裝置減少了爐排的漏煤量，減少了鍋爐飛灰，提高了爐膛的溫度。 
        三、在燃煤中添加鍋爐清灰劑 
        未使用清灰劑以前鍋爐爐膛內結焦速度比較快，大大降低鍋爐熱效率，影響了鍋爐出力，并且結焦的清理難度大，時間長。結焦容易腐蝕鍋爐管壁，降低鍋爐的使用壽命，如果管壁集灰嚴重可造成局部溫度升高，導致爆管等危險事故。 
        清灰劑的主要成分為硝酸鈉、硝酸鉀和催化劑，主要作用是除渣、除灰、催化、防腐。[3]當使用清灰劑時，進入爐膛的清灰劑在高溫下發生升華分解，和鍋爐受熱面上的結焦、結渣接觸并滲透到受熱表面，發生微爆反應分解高溫結渣，使其分解、脫落，并能起到助燃作用，減少和防止煙垢的生成。[4]這樣就可以保持鍋爐受熱面的清潔，改善熱傳遞的效果，同時減少鍋爐受熱面的腐蝕程度，延長鍋爐壽命，保證鍋爐的安全、經濟運行。加入清灰劑后，發現結焦、結灰速度明顯減慢減少，結焦由使用清灰劑前的黑色變為褐色，由致密變為疏松，呈蜂窩狀，并且易于清理。 
        四、提高司爐工的技術水平和責任心 
        司爐工的技術水平和責任心直接影響到鍋爐的能耗和污染狀況。高水平的司爐工在鍋爐運轉中可使鍋爐經濟運行，減少能耗，降低煙塵和黑煙的排放量。在工作中加大對司爐工的技術培訓和制度管理是十分重要的。因此公司完善了各種規章制度，健全了管理機構，實行定時、定點檢查檢修制度，“以產定耗，節能有獎，超耗懲罰”制度，提高司爐工的責任心和節能減耗意識。公司在加大對司爐工全面技能的培訓力度基礎上，還在以下幾個技術環節加強了對他們的指導。 
        1．控制燃煤的水分、粒徑 
        在分層燃燒過程中，燃煤的水分大小對鍋爐燃燒效果有重要影響。燃煤中的水分要嚴格控制，水分過高，使煤在爐內的干燥時間加長，爐溫降低，同時燃煤勃度增大，容易糊堵篩孔，不利于分層；水分過低，雖然有利于燃煤分層，但是容易造成煤屑被一次風吹走，或從爐排下漏，造成漏煤損失。適當的水分能使粉煤和塊煤粘結起來，減少爐排的漏煤和鍋爐飛灰，同時燃煤中的水分析出時可以使粘結性強的煤粒間空隙增大，減小通風阻力。因此，司爐工要能夠掌握根據煤的顆粒度控制燃煤水分的技術。根據實踐經驗和有關資料，燃煤中的水分含量一般應控制在8％-10%，具體由司爐工的實際經驗來測定，通常用手謀一把煤，松開手后煤不散開，用手一碰即散開就為合適的含水量。含水量的高低可依煤粒度的大小而定，煤粉顆粒度大的水分可小些，反之水分可大些。煤顆粒最大尺寸不宜超過40mm，否則可能造成大煤塊的不完全燃燒或卡死傳動裝置，此時就必須對煤塊進行破碎。 
        2．進風量和進煤量的調節 
        風量大小的調節是衡量司爐工技術水平的重要標志之一。在分層燃燒過程中，由于煤層下部煤粒之間間隙較大，通風性能較好，鼓風機的風量可適當減小，為保證燃燒狀況的良好，必須對燃燒進行合理配風，在沿爐排橫向均勻送風，沿爐排縱向分段配風，根據不同的燃燒階段配送不同的風量。調節的方法是：鍋爐在正常燃燒狀態下，先減少鼓風機風量，排煙溫度隨即上升，當該溫度上升到接近設計值時，即為合適的鼓風量；然后再根據爐膛負壓，調節引風機風量，使其相互匹配，做到“三看一控制”，即看爐膛火焰的顏色、煙色、排渣色，控制爐膛負壓。 
        節煤是分層燃燒技術最大的特點。在鍋爐的實際運行中，如果負荷變化不大，進煤量可適當減少。調節進煤量的方法有兩種，一是調節爐排速度，二是調節煤層厚度。降低爐排速度的方法對量的控制不準確，又會影響鍋爐的運行狀況及爐渣含碳量，因此一般不采用這種方法。較多采用減少煤層厚度的方法，司爐工根據燃煤的煤種、煤質、揮發分、發熱量、顆粒度來調節煤層的厚度。根據實際的經驗，應用分層燃燒技術可節煤10％左右，因此在燃用現有煤種的情況下，煤層厚度減少lcm仍可保證鍋爐出力。 
        3．鍋爐的異態過程的操作 
        鍋爐的異態過程主要是指點火升爐、爐拱起拱、壓火停爐過程等。司爐工在這些非正常狀態的操作對節煤有很大影響，在操作中要求司爐工按公司設計的節能法操作，大大節約了鍋爐在非正常狀態的用煤量。例如，采用節能操作法在點火升爐過程中可比習慣性操作節煤0.3-0.4t，正確的做法是在爐前的爐排面靠近煤閘區放置引燃物，爐排后2/3排面鋪爐渣以防漏煤和冷風的進入，之后點燃引燃物，一個風門稍開，關閉其他風門，待火勢加大后方可打開煤閘門，燃后爐排低速運行。在引燃煤層過程中間，側面拋煤機順次打開，然后啟動引風。司爐工要將點燃過程中的未燃盡的煤送進爐排上的燃盡區使之完全燃燒，以免爐排將其送至渣坑造成浪費。再如，停爐過程的節能操作可節煤1t左右，其操作方法是在停止給煤后，爐排即刻停止運轉，但是此時不可關停鼓風機和引風機，使繼續工作7、8min左右，方可關停，以便使爐排上未燃盡的煤充分燃燒，高溫爐渣余熱充分釋放，待爐渣不再發紅后再啟動爐排將爐渣排出。 
        對鍋爐的改造完成后，配合一系列的技術管理措施的實行，一年多的運行實踐表明，鍋爐的燃燒工況發生了很大改善。改造后，火床平整均勻，火焰熾熱充滿爐膛，結焦、結灰現象減少，’漏煤、排煙、冒黑煙不完全燃燒現象大大減少。經數據檢測對比，爐渣含碳量由30％下降為16.29%，爐膛溫度提高了100℃ ,過?？諝庀禂涤?.6降為2.28，熱效率由55%提高至78%，鍋爐出力由改造前的4－4.5t/h提高到5一6.5t/h，排煙灰濃度由230mg/m3降低到130mg/m3 ,節能減污效果十分顯著，取得了很好的經濟效益和社會效益。